Çinli bir uydu, "birbirine dolanmış fotonların" çiftlerini ayırdı ve bunları 745 mil (1.200 kilometre) aradaki ayrı yer istasyonlarına aktardı, böylesi bir başarı için önceki mesafe rekorunu kırdı ve kuantum iletişiminde yeni olanaklar açtı.
Kuantum fiziğinde, parçacıklar birbirleriyle belirli şekillerde etkileşime girdiklerinde "birbirine dolanırlar". Bu, esasen büyük mesafelerle ayrıldıklarında bile bağlı kaldıkları anlamına gelir, böylece biri üzerinde gerçekleştirilen bir eylem diğerini etkiler.
15 Haziran'da Science dergisinde çevrimiçi olarak yayınlanan yeni bir çalışmada, araştırmacılar, dolaşmış foton çiftlerinin 1.203 km (747.5 mil) ile ayrılmış iki yerle başarılı bir şekilde dağıldığını bildiriyorlar.
Bilim adamları, kuantum dolaşıklığının fiziğin temel yasalarını test etmek için ilginç uygulamalara sahip olduğunu, aynı zamanda olağanüstü güvenli iletişim sistemleri oluşturmak için de ilginç uygulamalara sahip olduğunu söyledi. Çünkü kuantum mekaniği, bir kuantum sistemi ölçmenin kaçınılmaz olarak rahatsız ettiğini belirtir, bu nedenle kulak misafiri olma girişimlerinin gizlenmesi imkansızdır.
Ancak, dolaşmış parçacıkları - normalde fotonları - büyük mesafelere dağıtmak zordur. Havadan veya fiber optik kabloların üzerinden geçerken, ortam parçacıklara müdahale eder, bu nedenle daha büyük mesafelerde sinyal bozulur ve kullanışlı olamayacak kadar zayıf hale gelir.
2003 yılında, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nde kuantum fiziği profesörü olan Pan Jianwei, dolaşmış foton çiftlerini yer istasyonlarına ışınlamak için tasarlanmış uydu tabanlı bir sistem üzerinde çalışmaya başladı. Fikir, parçacığın yolculuğunun çoğunun boşluk boşluğu olacağı için, bu sistemin çok daha az çevresel parazite neden olacağıydı.
Pan, “Birçok insan bunun çılgın bir fikir olduğunu düşündü, çünkü zaten iyi korunmuş bir optik masanın içindeki sofistike kuantum optik deneylerini yapmak çok zordu” dedi Pan Canlı Bilim'e. Diyerek şöyle devam etti: "Peki, bin kilometre uzaklık ölçeğinde ve saniyede 8 kilometre hızla titreşen ve hareket eden optik elemanlarla nasıl benzer deneyler yapabilirsiniz?"
Yeni çalışmada, araştırmacılar, geçen yıl başlatılan Çin'in Micius uydusunu dolaşmış foton çiftlerini iletmek için kullandılar. Uydu, ultra parlak bir foton kaynağına ve verici ile alıcıları hizalamak için uydu ve üç yer istasyonunda işaret lazerleri kullanan yüksek hassasiyetli bir alma, işaretleme ve izleme (APT) sistemine sahiptir.
Fotonlar yer istasyonlarına ulaştığında, bilim adamları testler yaptılar ve uydunun yörüngesinin hangi aşamasında bulunduğuna bağlı olarak 994 mil ile 1.490 mil (1.600 ve 2.400 km) seyahat etmelerine rağmen parçacıkların hala dolandığını doğruladılar.
Bilim adamları, Dünya atmosferinin sadece en düşük 6 mil (10 km) fotonları önemli ölçüde etkileyebilecek kadar kalın olduğunu söyledi. Bilim adamlarına göre bu, bağlantılarının genel verimliliğinin, dolaşmış fotonları fiber optik kablolar aracılığıyla dağıtmak için önceki yöntemlerden çok daha yüksek olduğu anlamına geliyor.
Pan, "Şimdiden en iyi telekomünikasyon fiberlerini kullanmaktan trilyon kat daha verimli iki foton dolaşıklık dağıtım verimliliği elde ettik." Dedi. "Uydu olmadan kesinlikle imkansız olan bir şey yaptık."
Deneyler yapmanın dışında, bu tür bir sistemin potansiyel kullanımlarından biri, kuantum iletişim sistemlerinin, kullanıcıları uyarmadan müdahale etmesi imkansız olan iki taraf arasında bir şifreleme anahtarını paylaşmak için kullanıldığı "kuantum anahtar dağıtımı" içindir. Uzmanlar, doğru şifreleme algoritması ile birleştirildiğinde, şifreli mesajlar normal iletişim kanalları üzerinden gönderilse bile bu sistemin kırılamaz olduğunu söyledi.
Birleşik Krallık'taki Oxford Üniversitesi'nde kuantum fiziği profesörü olan Artur Ekert, dolaşmış fotonların bir şifreleme anahtarı iletmek için nasıl kullanılabileceğini ilk kez açıkladı.
"Çin deneyi oldukça dikkate değer bir teknolojik başarı," dedi Ekert Live Science'a. "1991'de Oxford'da bir öğrenciyken dolaşık temelli kuantum anahtar dağıtımını önerdiğimde, bunun bu yüksekliklere çıkmasını beklemiyordum!"
Pan'a göre, mevcut uydu pratik kuantum iletişim sistemlerinde kullanıma hazır değildir. Birincisi, nispeten düşük yörüngesi, her yer istasyonunun her gün sadece yaklaşık 5 dakika kapsama alanına sahip olduğu ve kullanılan fotonların dalga boyunun sadece geceleri çalışabileceği anlamına geldiğini söyledi.
Kapsama sürelerini ve alanlarını artırmak, daha yüksek yörüngeleri olan yeni uyduları başlatmak anlamına gelecektir, dedi Pan, ancak bunun için daha büyük teleskoplar, daha hassas izleme ve daha yüksek bağlantı verimliliği gerekiyor. Gündüz operasyonun telekomünikasyon dalga boylarında fotonların kullanılmasını gerektireceğini de sözlerine ekledi.
Ancak gelecekteki kuantum iletişim ağlarını geliştirmek önemli bir çalışma gerektirecek olsa da, Waterloo Üniversitesi'nin Kanada'daki Kuantum Bilgi İşlem Enstitüsü'nde doçent olan Thomas Jennewein, Pan'ın grubunun temel yapı taşlarından birini gösterdiğini söyledi.
“2000 yılından beri bu araştırma çizgisinde çalıştım ve uzaydan kuantum-dozajlama deneylerinin benzer uygulamalarını araştırdım ve bu nedenle bu Çinli grubun gösterdiği cesaret, özveri ve becerilere çok fazla kanıt verebilirim” dedi. .
